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随着各个油田相继采用聚合物驱以提高原油采收率,含聚合物污水的数量在逐年增加。含聚丙烯酰胺(PAM)污水是一类比较复杂、特殊的污水,其处理已经成为一个亟待解决的问题。传统的物理法、化学氧化法和生物法等方法处理含聚合物污水的降解效果不甚理想。其中,物理法对污水中聚丙烯酰胺的去除效果甚微或没有去除作用;生物法处理聚丙烯酰胺的技术还不成熟;化学氧化法降解聚丙烯酰胺具有一次投资和运行费用高,且容易造成二次污染等问题。而光催化剂,性能稳定、无二次污染、经高温活化后,可反复多次使用,能有效降低废水处理成本,值得推广应用。
本文针对聚合物驱采出污水处理难,且成本高的问题,提出了绿色降解含聚合物污水光催化净化处理技术。采用溶胶一凝胶法制备了纳米TiO2。以钛酸丁酯为先驱物,异丙醇为溶剂,醋酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法制备粉体纳米二氧化钛.综合考虑水,醋酸,异丙醇,水解温度温度以及PH值对钛酸丁酯水解的影响,并结合纳米二氧化钛样品光催化降解甲基橙试验、X射线衍射和透射电镜表征的结果,找出制备二氧化钛的最优配比和最佳条件。溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛的最优配比为:V(异丙醇)/V(钛酸四丁酯)配比=3,V(水)/V(钛酸四丁酯)比值=0.5,pH≤2,溶胶过程保持水浴温度在30-60℃,500℃热处理,得到纳米二氧化钛粒径小,光催化活性较高。
将上述方法制备的纳米TiO2进行光催化降解聚丙烯酰胺(PAM)试验,探讨了纳米TiO2的煅烧温度、催化剂的投加量、初始PAM浓度对光催化效果的影响。结果表明,300W汞灯光照2h,500℃时焙烧得到的纳米TiO2,光催化活性达到最高。光催化剂的投加量为10g/L时,PAM降解效果最好。在相同时间内,高浓度的PAM溶液降解率明显小于低浓度的PAM溶液。
在对实验结果进行分析的基础之上,寻求降解性能好,制备工艺简便,在可见光条件下适合降解油田含聚合物污水的纳米光催化剂。首先,对纳米TiO2进行掺杂改性研究,将制备的不同的掺杂元素纳米TiO2进行光催化降解PAM试验,筛选出掺杂效果好的纳米TiO2。实验表明,溶胶-凝胶法制备的La掺杂纳米二氧化钛,当La掺杂量为n(钛)/n(镧)=0.04,投加量为10g/L时,可使100mg/L的聚丙烯酞胺水溶液的COD去除率达到98.72%。采用三氯化铁作为掺杂原料,Fe/Ti的物质的量之比=0.04时,制备的纳米TiO2投加量为10g/L,100mg/L聚丙烯酰胺的COD去除率可达到98.28%。采用碳酸铵作为掺杂原料,N/Ti的物质的量之比=0.06时,制备的纳米TiO2投加量为10 g/L,100mg/L聚丙烯酰胺的COD去除率可达到83.53%。
最后,以钛酸四丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备Fe-TiO2纳米光催化剂的方法,并用纯TiO2和Fe-TiO2做光催化剂,对PAM溶液在可见光下进行光催化降解试验。结果表明:300W氙灯光照2h,氮气气氛500℃焙烧得到的Fe-TiO2投加量为10g/L,150mg/L聚丙烯酰胺的COD去除率可达到80%以上。